Οι φυσικοί καθορίζουν πώς λειτουργεί ένα πολλά υποσχόμενο υλικό χωρίς μόλυβδο

Οι φυσικοί από το Πανεπιστήμιο Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) και το Ινστιτούτο Φυσικής Μικροδομής Max Planck στη Halle έχουν, σε συνεργασία με ερευνητές από την Κίνα και τις ΗΠΑ, καθορίζουν πώς λειτουργεί ένα υποσχόμενο υλικό χωρίς μόλυβδο. Το υλικό, ένα φερρίτη βισμούθιου, έχει τη δυνατότητα να αντικαταστήσει το τιτανικό ζιρκωματικό μολύβδου (PZT), ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό που χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία εφαρμογών που περιλαμβάνουν συσκευές υπερήχων, αισθητήρες και ενεργοποιητές.

Το PZT είναι ένα πολύ αποτελεσματικό πιεζοηλεκτρικό υλικό, αλλά περιέχει μόλυβδο, το οποίο είναι τοξικό και επιβλαβές για το περιβάλλον. Το Bismuth Ferrite είναι μια εναλλακτική λύση χωρίς μόλυβδο που έχει μελετηθεί για κάποιο χρονικό διάστημα, αλλά οι πιεζοηλεκτρικές του ιδιότητες δεν είναι τόσο κατανοητές όσο αυτές του PZT.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών τεχνικών και θεωρητικών υπολογισμών για να καθορίσουν τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το φερρίτη του βισμούθιου. Διαπίστωσαν ότι οι πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού οφείλονται στη μετατόπιση των ατόμων βισμούθιου και οξυγόνου εντός της κρυσταλλικής δομής. Αυτή η μετατόπιση δημιουργεί μια καθαρή ηλεκτρική διπολική στιγμή, η οποία είναι υπεύθυνη για τις πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού.

Τα ευρήματα των ερευνητών παρέχουν μια νέα κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί το Bismuth Ferrite, το οποίο θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων πιεζοηλεκτρικών υλικών χωρίς μόλυβδο με βελτιωμένες ιδιότητες. Αυτό θα μπορούσε να έχει σημαντικό αντίκτυπο σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από συσκευές υπερήχων σε αισθητήρες και ενεργοποιητές.

Η μελέτη, "Άμεση παρατήρηση του μηχανισμού μετατόπισης του βισμούθιου και του οξυγόνου σε πιεζοηλεκτρικά κεραμικά φερρίτης βισμούθιου χωρίς μόλυβδο", δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.